Krebszellen sind verkappte Individualisten? Eher nicht.

Drüben im Fischblog hat Lars Fischer über ein aktuelles Paper der beiden Astrophysiker Paul Davies und Charles Lineweaver geschrieben. Die spekulieren in der Zeitschrift Physical Biology, dass Krebs eine Rückbesinnung unserer Zellen in eine Zeit ist, als sie sich noch ganz egoistisch als Einzeller behaupten mussten. Lest euch vielleicht erst mal den Artikel von Lars durch, bevor ihr hierher zurückkommt. Fertig? Gut, dann könnt ihr jetzt hier nachlesen, warum die Idee ziemlicher Quark ist.


Ich bin der Meinung, dass an den Argumenten nicht viel dran ist. Ich will aber aus einer ganz anderen Richtung argumentieren, als die bisherigen Kommentatoren unter Lars Post. Es geht dabei um eine Kurzsichtigkeit, unter der heutzutage leider viele Molekularbiologen leiden, die mit tierischen Modellorganismen arbeiten, wie ich selbst in meiner eigenen Arbeit oft erfahren musste.

Davies und Lineweaver behaupten, dass frühe einzellige Eukaryoten bestimmte egoistische Phänotypen z.b. bezüglich Zellteilung, Apoptose etc. besaßen, die heute in den Metazoen (mehrzellige Tiere) bei Krebs wieder zum Vorschein kommen. Schauen wir uns doch mal einen aktuellen Stammbaum der Eukaryoten an (danke an Psi Wavefunction von Skeptic Wonder für die Abbildung)! Die vier Linien rechts unten sind die “Metazoa”. Von den restlichen Eukaryoten haben aber noch mehr Gruppen aus dem gemeinsamen einzelligen Vorläufer heraus unabhängig voneinander Vielzelligkeit entwickelt. Beispiele finden sich etwa in den Fungi (Pilze, Mitte rechts) oder den Grünpflanzen (Grünalgen und alle Landpflanzen, Chlorophytes, Charophytes und Embryophytes, oben).

Interessanterweise gibt es Krebs (in der Bedeutung metastasierender Tumore) nur in den Metazoa, also den vielzelligen Tieren. In den anderen vielzelligen Eukaryoten ist Krebs unbekannt.
Jetzt könnte man natürlich argumentieren, dass die nötigen Voraussetzungen zur Ausbildung von Krebs erst in der Linie zu den Metazoa hin entstanden, als zwar schon alle anderen zur Vielzelligkeit führenden Linien abgespalten waren, aber die Organismen selbst noch einzellig und “egoistisch” waren. Das ist allerdings Quatsch. Wir sind uns heute ziemlich sicher, dass die basalen Eukaryoten zwar einzellig, aber in bestimmten Funktionen (die, die Aufgaben innerhalb der Zelle betreffen) recht komplex waren. Ich will dazu zwei Beispiele aus den Pflanzen bringen. Versucht doch mal, im Stammbaum der Eukaryoten von den “Angiosperms” (die Gruppe, zu der zahlreiche gut untersuchte Modellpflanzen gehören) zu den Metazoa zu kommen. Geht nur durch die Basis in der Mitte, weil sich die beiden Linien schon sehr früh in der Evolution der Eukaryoten voneinander trennten. Würdet ihr mir also zustimmen, dass Proteine und Funktionen, die in den beiden grundverschiedenen Gruppen vorhanden waren, auch in den ersten Eukaryoten vorhanden gewesen sein müssen? Gut, das ist nämlich die wahrscheinlichste Erklärung.

Beispiel 1: Hereditäres non-polypöses kolorektales Karzinom
Das ist eine ziemlich schlimme, erbliche Form von Darmkrebs. Ursache sind Mutationen in Genen, die eine Rolle im Weg der Mismatch-Reparatur spielen. Diese Mismatch-Reparatur (MMR) gibt es nicht nur in Eukaryoten, sondern auch in Bakterien. Eines der bakteriellen MMR-Proteine ist MutS. Eukaryoten haben Homologe von MutS, genannt MSH. Allerdings, und jetzt wird es wieder relevant für die Frage hier: Vielzellige Pflanzen wie Arabidopsis und vielzellige Tiere wie der Mensch besitzen ganze sechs (!) MSH-Proteine, die jeweils miteinander und nicht untereinander verwandt sind. Sprich: Menschliches MSH2, dessen Mutation zu erblichem Darmkrebs führen kann, ist näher verwandt mit MSH2 von Arabidopsis, als mit den 5 anderen MSH-Proteinen des Menschen. Und umgekehrt. Eine solche Verwandtschaft ist nur zu erklären, wenn alle sechs MSH-Proteine bereits an der Basis der Eukaryoten, dem letzten gemeinsamen Vorfahren von Arabidopsis und dem Menschen, vorhanden waren. Mutationen von MSH2 in Arabidopsis führen allerdings nicht zu irgendeiner Form von Krebs.

Beispiel 2: Erblicher Brustkrebs
Ein Teil der auftretenden Brustkrebsfälle ist auf vererbte Mutationen in einer Reihe von Genen zurückzuführen, am häufigsten Mutationen in BRCA1 und BRCA2. Und wer hätte es nach dem ersten Beispiel gedacht: Mehrzellige Pflanzen besitzen auch Homologe dieser Gene! Ja, Pflanzen haben Brustkrebsgene. Der Grund ist natürlich, dass die beiden Proteine sehr wichtige Rollen in der Reparatur von DNA-Schäden haben, etwas das in allen Zellen auftritt, auch in Pflanzen. Dabei gehen BRCA1 und BRCA2 in Pflanzen sehr ähnlichen Funktionen in der Zelle nach, wie dies für die Homologe in Tieren bekannt ist. Auch hier ist die Schlussfolgerung wieder, dass bereits basale Eukaryoten Varianten von BRCA1 und BRCA2 besessen haben müssen. Mutationen in den Pflanzen führen dort jedoch nicht zur Entstehung von Krebs!

Tatsächlich sind eine sehr große Zahl von Proteinen des Zellzyklus, der DNA-Reparatur, Rekombination, der Transkription und Translation – also alles, was für das Funktionieren einzelner Zellen wichtig ist, aber bei Mutation auch zur Entstehung von Krebs beitragen kann – in allen Eukaryoten konserviert. Zu Krebs kommt es allerdings nur in den vielzelligen Tieren, den Metazoen (und auch dort nicht in allen Arten).
Ich hab eine alternative recht simple, und deshalb letztlich sicher nicht vollständig befriedigende, Erklärung für euch, warum mehrzellige Tiere Krebs bekommen: Die Metazoa haben eine andere Art und Weise, wie sie aus einzelnen Zellen einen Körper aufbauen. Bei Pflanzen haben alle Zellen den Platz, den sie bei ihrer Entstehung eben haben. Welchen Job sie bekommen (also in welchen Zelltyp sie sich differenziieren), wird durch Signale von der Umgebung bestimmt. Bei Tieren ist das anders. Hier kommt es sehr häufig vor, dass während der Entwicklung des Organismus Zellen an einem Ort entstehen, dann aber an einen anderen Ort im sich entwickelnden Organismus wandern. Im Prinzip also ein Vorgang, wie er bei der Metastasierung von Tumoren auch passiert. Krebs ist also keine “Zurückentwicklung” der Zelle zu einem frühen einzelligen Zustand, sondern eher eine kleinere Zurückentwicklung in einen embryonalen Zustand, in dem das Wandern im Körper üblich ist.

Selbst diese Erklärung ist aber eigentlich viel zu einfach, und mitlesende Onkologen und Grundlagenforscher in der Krebsmedizin werden sich wahrscheinlich schütteln deswegen. Es muss eine ganze Reihe von Veränderungen eintreten, dass Zellen entarten: Die Zelle muss anfangen, sich unkontrolliert zu teilen. Dabei verkürzen sich die Telomere, also muss sie eine Möglichkeit finden, die Telomere wieder zu verlängern. Sie muss verhindern, dass eine ganze Reihe von Selbstmordprogrammen angeschaltet werden. Das sind immer noch alles Faktoren, die nur zur Ausbildung eines lokalen Tumors führen. Jetzt muss diese Zelle Möglichkeiten finden, sich im Körper zu bewegen. Dazu muss sie Verbindungen zwischen anderen Zellen lesen können, um sich zwischen denen bewegen zu können. Sie muss sich auf die komplett verschiedenen chemischen Umgebungen in Blut oder Lymphflüssigkeit einstellen können. Sie muss sich irgendwo im Körper neu ansiedeln können. Dort braucht sie eine Sauerstoff- und Nährstoffversorgung, muss also die Neubildung von Blutgefäßen anregen. Das sind alles Aufgaben, die ein eizelliger Eukaryot gar nicht können musste!

Komisch, gerade erst hat sich PZ Myers über den sicherlich intelligenten Physiker Michio Kaku aufgeregt, der auch demonstrierte, dass er trotz wenig Ahnung von Evolutionsbiologie meint, seine privaten Ansichten in die Öffentlichkeit trompeten zu müssen. Also, wie wärs damit: Ich schreib in Zukunft keine Paper über Astrophysik, dafür lassen die Astrophysiker es bitte, unqualifiziert über Biologie zu fantasieren, okay?

Kommentare

  1. #1 Anton
    März 1, 2011

    Wo ist denn das Problem, wenn AstrophysikerInnen ein Paper zu einem ihren “fremden Thema” schreiben?

    So lange sie es im Rahmen des wissenschaftlichen Prozess machen, ist das doch kein Problem. Wenn das durch andere Papers korrigiert wird, es so zu einem Erkenntnisprozess kommt, ist das doch nicht schlecht. Es gab, gibt und wird genug Leute “vom Fach” geben, die in ihrem Fach Blödsinn geschrieben haben.

    Das wichtigste ist, dass sie nicht mit Hilfe der Macht ihrer Funktion (also als Astrophyiker [wobei so bekannt sind sie nicht]) in die Öffentlichkeit gehen und Blödsinn behaupten. Und die Öffentlichkeit und Medien geblendet von ihrer Popularität (aber wie geschrieben so bekannt sind sie nicht) diese Thesen übernehmen. Wenn sie das im Rahmen von preprints machen, ist das doch kein Problem. Oder übersehe ich da was?

  2. #2 Sebastian R.
    März 1, 2011

    Dein Vergleich, dass einige Metazoa Krebs bekommen und andere wiederum nicht, ist super. Das hat mich gleich mal dazu veranlasst in der weiten weiten Paperwelt auf Ursachenforschung zu gehen, wieso das so ist. Demnach führte Doerner et al. Experimente durch, in denen die Zellteilung zum einen stimuliert und zum anderen vermindert wurde (also auf jeden Fall aus dem Gleichgewicht gebracht wurde, wie es bei den meisten Krebsarten ja der Fall ist). Das Ergebnis: An der Pflanze änderte sich so gut wie nichts. Wenn beim Zellzyklus etwas außer Kontrolle gerät, wissen wir ja mittlerweile, dass bei uns Menschen Krebs entstehen kann. Zellen vermehren sich enorm schnell und bilden einen Tumor. Gerät der Zellzyklus bei Pflanzen außer Kontrolle, so können die schnell wachsenden “krebsartigen” Zellen trotzdem ins Gewebe integriert werden und an der Form und Gestalt der Pflanze ändert sich rein garnichts. Dies liegt vermutlich daran, dass Pflanzen in ihrer Entwicklung einer massiven postembryonalen Organentstehung unterliegen und auf ein Wandern von Zellen nicht angewiesen sind. In uns Menschen wiederum sind wir in der Embryonalentwicklung auf eine Zellwanderung angewiesen. Deine Vermutung, dass Zellen in Pflanzen vornehmlich also nicht wandern, ist völlig zutreffend. Ihre Differenzierung wird lediglich durch ihre Nachbarzellen angeregt (Die ganze Quelle gibt es hier). Zudem besitzen Pflanzen Meristeme zur Regeneration. Pflanzen, wenn sie dann so etwas ähnliches wie Krebs bekommen, leiden an einer Infektion. Ganz bekannt ist ja das Agrobacterium tumefaciens, dass die Pflanze mit dem Ti-Plasmid infiziert. Die Gene auf diesem Plasmid, werden in das Pflanzengenom integriert und die Pflanze stellt nun Wachstumsfaktoren her, die die umliegenden Zellen am Ort der Infektion zum Wachsen anregen. Es entsteht ein tumorartiges Gebilde, in dem sich das Bakterium niederlassen kann. Die tumorartigen Zellen breiten sich aber anders als bei uns Menschen, nicht aus. Es findet also keine Metastasierung statt, die ja bei uns Menschen am problematischsten bei Krebs ist.

    Ganz schwach ist die Argumentation von Davies und Lineweaver, wenn man betrachtet, dass bestimmte Krebsarten durch Infektionen ausgelöst werden. Gebährmutterhalskrebs dürfte hier das bekannteste Beispiel sein, aber auch das Epstein-Barr-Virus wird mit vielen Tumoren in Verbindung gebracht. Ihre Argumente lassen dies völlig außer Acht. Wahrscheinlich, weil man dann endgültig merken würde, dass ihr Paper mehr als fragwürdig ist.

  3. #3 threepoints...
    März 1, 2011

    Interdisziplinäre Wissenschaft habe ich mir so auch nicht vorgestellt.

  4. #4 Jürgen Bolt
    März 1, 2011

    Sehr scharfsinnige Widerlegung. Da muß ich meine anfänglich überwiegende Zustimmung zu Davies-Lineweaver großenteils revidieren. Danke dafür.

  5. #5 nanomann
    März 1, 2011

    @knoll: Ich schreib in Zukunft keine Paper über Astrophysik, dafür lassen die Astrophysiker es bitte, unqualifiziert über Biologie zu fantasieren, okay?
    Ich glaube, auch wenn das nicht abwertend gemeint ist, da würden sich Karl Raimund Popper und ganz besonders Erwin Schrödinger im Grab umdrehen. Vergisst man so schnell, welche besondere Rolle das Buch “Was ist Leben” für die Biologie gehabt hat?

  6. #6 Stefan
    März 1, 2011

    @nanomann: “Qualifiziert” ist schon jemand, der ausreichend über Onkologie und Krebsentstehung Bescheid weiß. War bei den beiden Autoren aber anscheinend nicht der Fall…

    @Alex: sehr schöne Argumentation, wäre ich nicht drauf gekommen!

  7. #7 nanomann
    März 2, 2011

    @ Stefan: Nur teilweise korrekt. Man muss nicht Qualifiziert (die Qualifizierten leben in viel zu engen Spalten) sein um den Wissenschaften neue Impulse zu geben; man muss nur Visionen haben und diese “qualifiziert”, richtig etc präsentieren. Ich möchte Ihnen nicht zu nahe treten, frage Sie aber doch: wie kommen Sie auf die Idee, den größten Philosophen des 20 Jahrhunderts als unqualifiziert zu bezeichnen? (ich erwarte aber keine Antwort).

  8. #8 Lars Fischer
    März 2, 2011

    Sehr schöner Überblick, Danke.

  9. #9 Dani
    März 9, 2011

    Eigentlich sollte man Krebs ja nicht so verharmlosen wie in der Überschrift. Aber sie passt trotzdem irgendwie…

  10. #10 Mary
    März 22, 2011

    @ Dani:
    Die Überschrift ist wirklich sehr verharmlost. Wurde vor kurzem erst operiert und neben mir lag eine ältere Dame, die Krebs hat. Sie hat Schmerzen, musste sich die ganze Zeit übergeben usw. also zu Spaßen ist mit diesem Thema überhaupt nicht!
    Leider ist es diese Krankheit bzw dieser Zustand immer noch nicht zu heilen.

  11. #11 paisajista
    März 23, 2011

    Ich schreib in Zukunft keine Paper über Astrophysik, dafür lassen die Astrophysiker es bitte, unqualifiziert über Biologie zu fantasieren, okay?
    Ich glaube, auch wenn das nicht abwertend gemeint ist, da würden sich Karl Raimund Popper und ganz besonders Erwin Schrödinger im Grab umdrehen.

  12. #12 Ina
    November 7, 2011

    Ich finde es nicht gut das Krebs in der Überschrift so verharmlost wird.